计算机外部设备管理

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1、第4章设备管理4.1概述4.2输入/输出的处理步骤4.3设备的分配与调度算法4.4数据传输的方式4.5设备管理中的若干技术在此，“设备”泛指计算机系统中的外部设备，即除主机以外的其他所有设备。本章着重讲述四个方面的内容：（1）完成一个I/O请求的步骤；（2）如何管理和分配系统中的设备；（3）数据传输的各种控制方式；（4）设备管理中常用的若干技术。4.1概述4.1.1计算机设备的分类可以从不同的角度对外部设备进行分类。（1）基于设备的从属关系，可以把系统中的设备分为系统设备与用户设备两类。系统设备用户设备（2）

2、基于设备的分配特性，可以把系统中的设备分为独享设备、共享设备和虚拟设备三类。独享设备共享设备虚拟设备（3）基于设备的工作特性，可以把系统中的设备分为输入/输出设备和存储设备两类。输入/输出设备存储设备磁带是一种严格按照信息存放物理顺序进行定位与存取的存储设备。磁带机的启停必须要考虑到物理上惯性的作用，当启动读磁带上的下一个记录时，必须经过一段时间，才能使磁带从静止加速到额定速度；从读完一个记录后，到真正停下来，又要滑过一小段距离。因此，磁带上每个记录之间要安排有所谓的“记录间隙（IRG）”存在。图4-1

3、记录与记录间隙（IRG）磁带写时，是在缓冲区中把若干个记录拼装成一块，然后写出，这个过程被称为“记录的成组”；磁带读时，是先把一块读到内存缓冲区，然后从中挑选出所需要的记录，这个过程被称为“记录的分解”。磁盘的特点是存储容量大，存取速度快，并且能够顺序或随机存取。操作系统中的很多实现技术（比如存储管理中的虚拟存储，本章将要介绍的虚拟设备等），都是以磁盘作为后援的。因此，它越来越成为现代计算机系统中一个不可缺少的重要组成部分。图4-2磁盘结构示意图4.1.2设备管理的目标与功能1．设备管理的目标操作系统设备管理的目

4、标之一是提高外部设备的利用率。操作系统设备管理的目标之二是为用户提供便利、统一的使用界面。2．设备管理的功能设备管理必须具有如下功能：（1）提供一组I/O命令，以便用户进程能够在程序一级发出所需要的I/O请求，这就是用户使用外部设备的“界面”。（2）进行设备的分配与回收。（3）对缓冲区管理。（4）实现真正的I/O操作。4.2输入/输出的处理步骤4.2.1I/O请求的提出输入/输出请求来自用户作业进程。图4-3I/O请求的处理步骤4.2.2对I/O请求的管理设备的输入/输出管理程序由三块内容组成：接受用户的I/O请

5、求，组织管理输入/输出的进行，以及输入/输出完成后的善后处理。4.2.3I/O请求的具体实现在操作系统的设备管理中，是由设备驱动程序来具体实现I/O请求的。设备驱动程序有时也称为输入输出处理程序，它必须使用有关输入/输出的特权指令来与设备硬件进行交往，以便真正实现用户的输入/输出操作要求。4.3设备的分配与调度算法4.3.1管理设备时的数据结构为了管理系统中的外部设备，操作系统为每一台设备开辟一个存储区，随时记录系统中每一台设备的基本信息，这个存储区被称为“设备控制块DCB（DeviceControlBlock）

6、”。图4-4设备控制块DCB及设备请求队列因为设备控制块DCB中存放的是一台具体设备的有关信息，找到一个设备的DCB，就得到了该设备的特性、各种参数、使用情况等，所以DCB是设备管理中最重要的一种数据结构。图4-5系统设备表SDT为了管理设备，系统除了为每个设备设置DCB外，整个系统还要有一张所谓的“系统设备表（SDT—SystemDeviceTable）”。图4-5系统设备表SDT4.3.2独享设备的分配“独享设备”即是在使用上具有排它性的设备。独享设备的使用具有排它性，因此对这类设备只能采取“静态分配”的策略

7、。为了管理起见，系统在内部对每一台设备进行编号，以便相互识别。设备的这种内部编号称为设备的“绝对号”。为了便于区分，避免混乱，允许用户对自己要求使用的几台相同类型的设备进行编号。这种编号出自于用户，因此称为设备的“相对号”。用户是通过“设备类，相对号”来提出使用设备的请求的。操作系统设置两种表，一是“设备类表”，整个系统就只有一张设备类表；一是“设备表”，每一类设备有一张。图4-7设备类表和设备表对于独享设备，常采用的分配算法有如下两种：（1）先来先服务（2）优先级高者先服务4.3.3共享磁盘的调度当有很多进程向

8、磁盘提出I/O请求时，对它们就有一个调度安排问题：让谁先用，让谁后用。执行一次磁盘的输入/输出需要花费的时间有如下几种。（1）查找时间：在移动臂的带动下，把磁头移动到指定柱面所需要的时间。（2）等待时间：将指定的扇区旋转到磁头下所需要的时间。（3）传输时间：由磁头进行读/写，完成信息传送所需要的时间。图4-8磁盘的访问过程1．“先来先服务”调度算法以I/O请求到达的先后次